Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe, insbesondere zur Limitierung einer Zugkraft eines Antriebsstrangs.

Bei modernen selbstfahrenden Arbeitsmaschinen kommen zunehmend leistungsverzweigte stufenlose Getriebe zum Einsatz. Arbeitsmaschinen können dabei insbesondere als Bau- und/oder Land-/Forstmaschine ausgeführt sein. Aber auch Flurfördergeräte verschiedenster Ausgestaltung sind hierunter zu fassen. Im Vergleich zu konventionellen Antriebssträngen, beispielsweise mit einem manuellen Getriebe oder einem Lastschaltgetriebe, können durch die Verwendung von leistungsverzweigten Stufenlosen Getrieben Effizienz und Wirkungsgrad des Gesamtsystems gesteigert werden. Die Ansteuerung des Getriebes erfolgt über ein Getriebesteuergerät. Dieses verarbeitet sowohl Messsignale von verschiedenen Sensoren und weitere interne Rechengrößen, als auch Signale anderer Steuergeräte des Antriebsstrangs oder des Fahrzeugs, beispielsweise eines Motorsteuergeräts oder eines Fahrzeugführungsrechners.

Auf Grundlage dieser Parameter werden Signale zum Ansteuem des Antriebselements, zum Betätigen von Fahrtrichtungskupplungen und zum Einstellen einer Getriebeübersetzung bzw. Abtriebsgeschwindigkeit und/oder einer Zugkraft generiert und an die betreffenden Empfänger gesendet. Hierfür werden ferner Eingaben zur Fahranforderung eines Bedieners berücksichtigt, welche beispielsweise über ein Fahrpedal, ein Brems-/Inchpedal, einen Fahrschalter oder eine sonstige geeignete Eingabevorrichtung kommandiert werden können. Das stufenlose Getriebe stellt dabei in der Regel die maximal mögliche Zugkraft bereit, welche sich aus der entsprechenden der Fahranforderung ergibt. Darüber hinaus kann der Bediener weitere Einstellungen wie eine Zugkraftbegrenzung, eine vorgegebene Dynamik/Aggressivität, eine Motordrückung und vieles mehr entsprechend der Umgebungsbedingungen, der Einsatzart oder persönlicher Präferenzen vornehmen. Neben der Spurführung bzw. der reinen Fahraufgabe muss durch den Bediener einer Arbeitsmaschine parallel dazu mitunter eine Arbeitsfunktion gesteuert oder überwacht werden. Je nach auszu- führender Arbeitsfunktion kann hier eine besonders hohe Aufmerksamkeit des Bedieners gefordert sein.

Aus dem Stand der Technik ist neben der Verwendung von stufenlosen Getrieben in Arbeitsmaschinen an sich auch das Bereitstellen virtueller Gänge und somit ein Vorgeben des Verhaltens eines klassischen Getriebes mit festen Übersetzungsverhältnissen bekannt. So zeigt DE 11 2013 004 865 T5 eine Arbeitsmaschine, die mit einem stufenlos variablen Getriebe (CVT) ausgestattet ist, und insbesondere ein CVT, das dazu geeignet ist, in einer oder in mehreren diskreten, virtuellen Übersetzungen zu laufen. Hierdurch soll ein Unbehagen der Bediener vermieden werden, welchen bei CVT-Getrieben die auswählbaren und vorhersagbaren Übersetzungen herkömmlicher Getriebe auf Zahnradbasis fehlen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein verbessertes Verfahren zum Bedienen einer Arbeitsmaschine mit einem leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe bereitzustellen, welches insbesondere in geringerem Umfang die Aufmerksamkeit des Bedieners durch Anpassung der Fahranforderung im Betrieb erfordert.

Dabei ist vorgesehen, dass das leistungsverzweigte stufenlose Getriebe mehrere virtuelle Gänge bereitstellt. Aufgrund der Ausführung als stufenloses Getriebe können im Rahmen der maximalen Spreizung beliebig viele virtuelle Gänge abgebildet werden. Ein virtueller Gang beschreibt in diesem Zusammenhang ein gleichbleibendes Übersetzungsverhältnis zwischen einem Getriebeeingang (motorseitig) und einem Getriebeausgang (abtriebsseitig). Mit einer Veränderung der Drehzahl des Antriebselements (Verbrennungskraftmaschine und/oder elektrische Maschine; allgemein Motor) geht eine Veränderung der Drehzahl am Abtrieb entsprechend des eingestellten Übersetzungsverhältnisses einher. Insbesondere kann durch einen virtuellen Gang eine maximale Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine begrenzt werden. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug bei maximaler Betätigung des Fahrpedals nicht schneller als die limitierte Geschwindigkeit fahren wird. Soweit sich eine äußere Last erhöht, wird durch Anpassung der Ansteuerung des Antriebselements die eingestellte Fahrgeschwindigkeit so lange gehalten, bis eine systembedingte Grenze (Volllast- kennline) erreicht wird. Diese Volllastkennlinie ergibt sich aus den spezifischen Kenngrößen des Antriebselements, des Getriebes und mitunter der betreffenden angetriebenen Achsen inklusive optionaler Untersetzungs- und/oder Verteilergetriebe. Eine äußere Last bzw. Lastanforderung kann sich beispielsweise aus einem Widerstand an/durch ein Anbaugerät ergeben, oder aber auch durch eine Topographieänderung (z.B. Steigung). Exemplarisch für eine Last an/durch ein Anbaugerät ist hier ein Räum-/Planierschild, eine Schaufel/ein Frontlader oder ein Pflug zu nennen, wobei sich je nach Einsinktiefe bzw. Bodenbeschaffenheit eine Last verändern, insbesondere erhöhen kann.

Wird diese systembedingte Grenze überschritten, so führt dies bei herkömmlichen Antriebssträngen mit stufenlosen Getrieben zum Einstellen einer größeren Übersetzung des Getriebes, wodurch sich unweigerlich die Zugkraft am Rad der Arbeitsmaschine bei sinkender Fahrgeschwindigkeit aber konstanter Drehzahl des Antriebselements erhöht. Hierdurch kann ein unzulässiger Schlupf an den Rädern der Arbeitsmaschine auftreten, wenn der Bediener nicht mit einer angepassten Fahranforderung (Fahrpedal) hierauf reagiert. Würde hingegen nicht eine größere Übersetzung des Getriebes eingestellt bestünde die Gefahr, dass eine höhere Leistung an dem Antriebselement abgerufen bzw. angefordert wird, als dieses bereitstellen kann. Dies kann dazu führen, dass eine Mindestdrehzahl für den Betrieb (stall speed) unterschritten wird oder die Fahranforderung in einer Überlastung des Antriebselements resultiert.

Um einen unerwünschten Anstieg der Zugkraft oder einen Anstieg auf einen unerwünschten Zugkraftwert zu vermeiden, wird erfindungsgemäß fahrgeschwindigkeitsabhängig oder abhängig von der eingestellten Übersetzung die Zugkraft durch eine Limitierungsfunktion (Requested Transmission Percent Upper Load Curve = RTPULC) limitiert. Die Limitierung kann durch den Bediener direkt oder durch Auswahl eines Betriebsmodus ausgewählt werden. Ferner ist eine Motorführung umfasst, welche eine maximale Drehzahl des Antriebselements vorgibt (Engine Speed Limitation Curve = ESLC). Aus einer Fahranforderung des Bedieners (gewünschte Fahrgeschwindigkeit) in Verbindung mit einer Fahrpedalstellung ergibt sich somit eine Drehzahlvorgabe, welche an das Antriebselement kommandiert wird. Durch Zuordnung einer Limitierungsfunktion und einer Motorführung zu einem virtuellen Gang kann das Übersetzungsverhältnis des Getriebes über einen breiten Betriebsbereich konstant gehalten werden. In der Folge verringert sich die Zugkraft mit sinkender Fahrgeschwindigkeit.

Soweit die Mindestdrehzahl des Antriebselements erreicht bzw. unterschritten wird, erfolgt eine Anpassung des Übersetzungsverhältnisses hin zu einer größeren Übersetzung. Hierdurch wird ein Abwürgen oder Stillstand des Antriebselements verhindert. Jedoch wird die Drehzahl des Antriebselements nicht wieder erhöht, sondern verharrt auf diesem Drehzahlniveau.

Ein Wechsel zwischen verschiedenen virtuellen Gängen ist in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls möglich. Durch die Anforderung eines Gangwechsels werden Drehzahl des Antriebselements, Übersetzung und Zugkraft kontinuierlich angepasst. Im Vergleich zu einem manuellen oder Lastschaltgetriebe ist ein Wechsel zwischen zwei virtuellen Gängen eines stufenlosen Getriebes somit ohne eine Unterbrechung der Zugkraft während des Gangwechsels möglich.

Je nach Eingabe durch den Bediener kann zwischen einem Betrieb mit virtuellen Gängen unter Anwendung einer Zugkraftlimitierung und einem konventionellen Betrieb des stufenlosen Getriebes gewechselt werden. Dies kann auch während eines Betriebs der Arbeitsmaschine erfolgen.

Die Steuervorrichtung kann entweder in Form eines zentralen Geräts zur Steuerung des Getriebes, des Antriebselements, der Eingabevorrichtung und/oder weiterer Aggregate der Arbeitsmaschine ausgeführt sein, oder es können mehrere Steuergeräte vorgesehen werden, welche signalübertragend miteinander verbunden sind. Auch kann ein übergeordneter Fahrzeugführungsrechner vorgesehen werden, mittels welchem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird.

Die Limitierungsfunktion und die Motorführung können in einer möglichen Ausführung zusammen mit den Übersetzungsverhältnissen der virtuellen Gänge in einem Getriebesteuergerät hinterlegt sein. Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung sind auch eine Steuervorrichtung und eine Arbeitsmaschine umfasst. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu geeignet und eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ferner umfasst die Arbeitsmaschine eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung, welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 : einen Zugkraftverlauf eines stufenlosen Getriebes bei vorgegebener Drehzahl;

Figur 2: einen Zugkraftverlauf eines stufenlosen Getriebes mit Limitierung der Zugkraft;

Figur 3: eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine.

Das Diagramm gemäß Figur 1 zeigt stark vereinfacht einen Verlauf der Zugkraft F eines stufenlosen Getriebes. Eine Fahrgeschwindigkeit v einer Arbeitsmaschine ist dabei auf der Abszisse aufgetragen, während Drehzahlwerte n eines Antriebselements und ein Wert der Zugkraft F auf der Ordinate aufgetragen sind. Eine Zugkraft FFS bei Berücksichtigung einer Drehzahlvorgabe ist dabei mittels Strichpunktlinie dargestellt, die Drehzahl n des Antriebselements mittels Strichlinie und der Zugkraftverlauf F ohne Anwendung einer Drehzahlvorgabe mittels durchgehender Linie.

Zu einem Zeitpunkt I liegt eine spezifische Last an dem Antriebsstrang der Arbeitsmaschine an. Entsprechend wird eine Drehzahl n kommandiert, woraus sich ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes und daraus resultierend eine korrespondierende Fahrgeschwindigkeit vl ergibt. Mit ansteigender Last an dem Antriebsstrang erfolgt eine Anpassung der Übersetzung des Getriebes hin zu einem größeren Übersetzungsverhältnis. Dies führt dazu, dass bei gleichbleibender Drehzahl n des Antriebselements die Zugkraft F, FFS steigt, während die Fahrgeschwindigkeit v abnimmt. Zu einem Zeitpunkt II wird vorliegend die maximale Zugkraft F, FFS wobei die Fahrgeschwindigkeit vll sinkt. Mit anderen Worten sind die Zugkraftverläufe F, FFS in dem Bereich zwischen vl und vll identisch bzw. der Zugkraftverlauf FFS mit Drehzahlvorgabe folgt dem Zugkraftverlauf F mit einem vorgegebenen Differenzwert. Je nach Untergrund kann der beschriebene Zugkraftverlauf dazu führen, dass an den Rädern der Arbeitsmaschine ein unzulässiger Schlupf erzielt wird und die Räder im schlimmsten Fall durchdrehen bzw. die Arbeitsmaschine sich eingräbt.

Figur 2 zeigt im Gegensatz dazu einen Zugkraftverlauf FL eines stufenlosen Getriebes mit Limitierung. Die Zuordnung der Achsen des Diagramms stimmt dabei mit der Ausführung gemäß Figur 1 überein. Auch der Zugkraftverlauf F ist mit der vorherigen Darstellung identisch. Zu einem Zeitpunkt I wird mit einer Fahrgeschwindigkeit vl eine Übersetzung des Getriebes vorgegeben, ein sogenannter virtueller Gang. Dies ist daran erkennbar, dass mit abnehmender Drehzahl n des Antriebselements die Fahrgeschwindigkeit v, vll, vlll sich proportional dazu verringert. Zwischen Zeitpunkt I und Zeitpunkt II steigt die limitierte Zugkraft FL zunächst an, wobei sie dabei der dem Zugkraftverlauf F folgt bzw. mit diesem Verlauf identisch ist. Zum Zeitpunkt II liegt die Fahrgeschwindigkeit vll an. Ab diesem Zeitpunkt II greift die Limitierung der Zugkraft FL, sodass sich zwischen dem theoretischen Zugkraftverlauf F unter Anpassung einer Übersetzung des Getriebes und der limitierten Zugkraft FL bei gleichbleibender Übersetzung eine Differenz ausbildet. Der Zugkraftverlauf F steigt dabei in gleicher Weise wie bereits in Figur 1 beschrieben weiter an, während die limitierte Zugkraft FL abfällt. Die Differenz zwischen Zugkraftverlauf F und limitierter Zugkraft FL steigt bis zum Erreichen der Fahrgeschwindigkeit vlll stetig an. Hingegen fällt die Drehzahl n des Antriebselements weiter ab, gleichzeitig verringert sich die Fahrgeschwindigkeit v weiter, bis zum Erreichen der Fahrgeschwindigkeit vl ll . Die Fahrgeschwindigkeit vlll entspricht dabei beispielsweise der minimal darstellbaren Fahrgeschwindigkeit v der Arbeitsmaschine bei der aktuell eingestellten (festen) Übersetzung des Getriebes.

Figur 3 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung eine Arbeitsmaschine 1 mit einem Antriebsstrang zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Arbeitsmaschine 1 ist dabei als Grader ausgeführt und weist ein Antriebselement 2, ein Getriebe 3 und eine Steuervorrichtung 4 auf. Die Steuervorrichtung 4 ist signalübertragend mit dem Antriebselement 2 und dem Getriebe 3 verbunden, was mittels Strichlinien dargestellt ist. Ferner ist die Steuervorrichtung 4 mit einer Eingabevorrichtung 5 signalübertragend verbunden, wobei die Eingabevorrichtung 5 in einer Kabine 6 der Arbeitsmaschine 1 angeordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Eingabevorrichtung 5 um ein Fahrpedal und/oder ein Brems-/Inchpedal und/oder einen sonstigen Fahrschalter, mittels welchem eine Fahranforderung kommandiert wird. Hierdurch können eine Drehzahl und/oder Drehmoment des Antriebselements 2, eine Fahrgeschwindigkeit v und eine gewünschte Übersetzung des Getriebes 3 kommandiert werden.

Das Antriebselement 2 ist über eine Eingangswelle 7 antriebsseitig mit dem Getriebe 3 verbunden, wobei das Getriebe 3 ferner abtriebsseitig über eine Abtriebswelle 8 mit wenigstens einer Achse 9, 10 verbunden ist. Die Arbeitsmaschine 1 weist vorliegend eine Vorderachse 9 und eine als Tandemachse ausgeführte Hinterachse 10 auf, wobei die Abtriebswelle 8 das Getriebe 3 mit der Hinterachse 10 verbindet. Ferner verfügt die Arbeitsmaschine 1 über zwei (Planier-) Schilde 11 , wobei einer vor der Vorderachse 9 und einer zwischen Vorderachse 9 und Hinterachse 10 angeordnet ist. Durch die Schilde 11 werden Unebenheiten eines Untergrunds 12 beseitigt, mit anderen Worten eine plane Fläche bereitgestellt.

Zum Erstellen einer planen Fläche (Planie oder fine grading) müssen die Schilde 11 kontinuierlich so gestellt werden, dass ein ebenmäßiger Untergrund 12 entsteht und fortlaufend ausreichend Material von den Schilden 11 geschoben wird. Sammelt sich zu viel Material an den Schilden 11 , müssen diese so gestellt werden, dass ein entsprechender Materialabfluss entsteht. Dabei sind bauliche Vorgaben in Bezug auf die Ausgestaltung des Untergrunds 12 (Gefälle, Höhe, Dicke einer Materialschicht des Untergrunds) selbstverständlich ebenfalls zu berücksichtigen. Dementsprechend ist eine permanente Überwachung und Einstellung der Schilde 11 in Bezug auf Schwenkwinkel und Einsinktiefer geboten. Ein Durchdrehen der mit den Achsen 9, 10 verbundenen Räder 13 in Folge eines unzulässigen Schlupfwerts würde das Arbeitsergebnis zerstören und der Vorgang zum Erstellen einer planen Fläche müsste wiederholt werden. Damit der Bediener der Einstellung der Schilde 11 die erforderliche Aufmerksamkeit zukommen lassen kann, wird zu seiner Entlastung der Antriebsstrang der Arbeitsmaschine 1 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben, insbesondere wird die Zugkraft limitiert. Bezuqszeichen

Arbeitsmaschine

Antriebselement

Getriebe

Steuervorrichtung Eingabevorrichtung Kabine

Eingangswelle

Abtriebswelle

Vorderachse

Hinterachse

Schild

Untergrund

Rad

Zugkraft

Zugkraft Drehzahlvorgabe limitierte Zugkraft Zeitpunkt Drehzahl v, vl, vll, vlll Fahrgeschwindigkeit